Sincronização do Coeficiente de Potência e Torque
Definição de Potência de Sincronismo
A potência de sincronismo, denotada como Psyn, é definida como a variação na potência síncrona P em relação às mudanças no ângulo de carga δ. Também conhecida como rígidez do acoplamento, fator de estabilidade ou fator de rigidez, quantifica a tendência inerente de uma máquina síncrona (gerador ou motor) de manter o sincronismo quando conectada a barras infinitas.
Princípio de Manutenção do Sincronismo
Considere um gerador síncrono transmitindo uma potência constante Pa em um ângulo de carga δ0. Uma perturbação transitória causando aceleração do rotor (por exemplo, um aumento em δ por dδ) desloca o ponto de operação para uma nova curva de potência constante, aumentando a carga para Pa+δP. Como a potência mecânica de entrada permanece inalterada, a carga elétrica adicional desacelera o rotor, restaurando o sincronismo.
Por outro lado, se uma perturbação retarda o rotor (diminuindo δ), a carga cai para a Pa−δP. A potência de entrada constante então acelera o rotor, restabelecendo o sincronismo.
Coeficiente de Potência de Sincronismo: Uma Medida de Eficiência Corretiva
A eficácia deste mecanismo autocorretivo depende da taxa de mudança de transferência de potência em relação à variação do ângulo de carga. Isso é quantificado pelo coeficiente de potência de sincronismo, que matematicamente representa como a potência se ajusta para restaurar o equilíbrio após uma perturbação.
Este princípio enfatiza o papel fundamental da potência de sincronismo na manutenção da estabilidade da rede, permitindo que as máquinas síncronas contrariem autonomamente as perturbações e mantenham a operação em estado estacionário.
Potência por fase do gerador com rotor cilíndrico e coeficiente de torque de sincronismo
Em muitas máquinas síncronas Xs >> R. Portanto, para uma máquina com rotor cilíndrico, desprezando a saturação e a resistência do estator, as equações (3) e (5) tornam-se
Unidade do Coeficiente de Potência de Sincronismo Psyn
O coeficiente de potência de sincronismo é expresso em watts por radiano elétrico.
Se P é o número total de pares de polos da máquina.
O coeficiente de potência de sincronismo por radiano mecânico é dado pela equação abaixo:
O coeficiente de potência de sincronismo por grau mecânico é dado como:
Coeficiente de Torque de Sincronismo
O coeficiente de torque de sincronismo é definido como o torque gerado na velocidade síncrona, onde o torque de sincronismo corresponde especificamente ao torque que produz a potência de sincronismo nesta velocidade. Denotado por τsy, o coeficiente é expresso pela equação:
Onde,
m é o número de fases da máquina
ωs = 2 π ns
ns é a velocidade síncrona em revoluções por segundo
Significado do Coeficiente de Potência Síncrona
O coeficiente de potência síncrona Psyn quantifica a rigidez do acoplamento magnético entre o rotor e o estator de uma máquina síncrona. Um valor mais alto de Psyn indica um acoplamento mais rígido, mas uma rigidez excessiva pode expor a máquina a choques mecânicos devido a variações abruptas de carga ou fornecimento — possivelmente danificando o rotor ou as bobinas.
As duas equações acima (17) e (18) indicam que Psyn é inversamente proporcional à reatância síncrona. Uma máquina com maiores lacunas de ar exibe uma reatância relativamente menor, tornando-a mais rígida do que uma com menores lacunas de ar. Como Psyn é diretamente proporcional a Ef, uma máquina sobreexcitada demonstra maior rigidez do que uma subexcitada.
A capacidade de recuperação é maximizada quando δ = 0 (ou seja, sem carga), enquanto diminui a zero quando δ = ±90∘. Neste ponto, a máquina atinge um equilíbrio instável e o limite de estabilidade em estado estacionário. Portanto, operar uma máquina neste limite de estabilidade é inviável devido à sua resistência zero a pequenas perturbações — a menos que esteja equipada com um sistema de excitação rápido e especializado.
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